電化學氧化改性對碳纖維功能材料性能的影響.pdf

1、未經(jīng)過表面處理的碳纖維表面能低，約為2.7 10-3 N/m，表面呈現(xiàn)憎液性，缺乏有化學活性的官能團，限制了碳纖維作為電極材料的應用。70年代中期發(fā)展起來的化學修飾電極(Chemically Modified Electrode，簡稱CME)，為碳纖維電極的制備提供了新的思路。它是通過在電極表面進行分子設(shè)計，將具有優(yōu)良特性的分子、離子、聚合物固定在電極表面，改變電極和電解液界面的微結(jié)構(gòu)，使電極具有良好的電催化性能。CME 豐富了電極材料

2、，為直接氧化處理有機物開辟出新的途徑。 本文通過實驗發(fā)現(xiàn)：采用0.5mol L-1 磷酸溶液，2.0A/g的電流密度，通電5min電化學氧化處理的碳纖維為最佳方案。氧化處理后碳纖維接觸角下降了約16o，表面能增加了近9倍，與環(huán)氧樹脂基體粘接性能提高了33％，電化學響應明顯改善。這些實驗說明了電化學氧化改性是有效的手段，它使得碳纖維表面接上了數(shù)量豐富的活性官能團。通過紅外光譜確定碳纖維表面接上的活性官能團主要為內(nèi)酯基、羧基和羥基。

3、系統(tǒng)討論了未處理碳纖維在無機酸、無機鹽和堿溶液中的電化學性質(zhì)，表明碳纖維在酸性溶液中氧化最劇烈，中性溶液中的氧化較弱，堿性溶液的變化幾乎可以忽略，說明選取磷酸電化學氧化碳纖維是合理的途徑。分析了處理后碳纖維的電化學行為，0.5V氧化峰反映出纖維表面一些化學鍵發(fā)生了斷裂，表面活性碳原子增加，表面已有的一些官能團被進一步氧化；0.19V氧化峰是纖維表面活性碳原子和吸附的氫氧根離子發(fā)生電化學氧化所致。 實驗還發(fā)現(xiàn)，處理后的碳纖維對電極

4、分析標準溶液K4Fe(CN)6加KCl混合溶液、FeSO4加HClO4混合溶液有良好的電化學響應，是適合作為電化學分析的電極。將處理后的碳纖維和碳納米管電極應用于水溶液中低濃度苯酚(低于5m mol L-1)的檢測和氧化處理，發(fā)現(xiàn)碳纖維和碳納米管電極可以在較低的電位(1.0VvsSCE)實現(xiàn)連續(xù)氧化，能克服電極吸附。恒電位氧化顯示，碳纖維在1200s內(nèi)保持了電極活性，能有效降低水溶液中的苯酚含量；碳納米管電極在6000s之后仍然能保持活